(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金及び弾性シール体を有し、転がり軸受の外輪の内周面又は内輪の外周面の一方に固着されると共に、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面の他方に摺接して軸受内部を密封する密封装置であって、
前記芯金は、径方向に延びる第一芯金と、径方向に延びる第二芯金と、を備え、
前記第一芯金は、断面略Ｌ字形のリング状に形成され、側面に設けられて円周方向に沿って延びる複数の穴と、隣接配置される前記穴の間に形成されて前記芯金の外周側と内周側とを繋ぐ柱部と、を備え、
前記弾性シール体は、前記第一芯金と前記第二芯金とを接続する接続部と、前記第二芯金に固定され、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に摺接するリップ部と、前記穴を塞ぐように形成され前記軸受内部の圧力に応じて弾性変形して前記軸受内部を一定圧力に維持する薄肉の弾性変形部と、を備え、
前記リップ部は、コイルばねによって縮径方向に付勢されることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記柱部の円周方向長さは、前記穴の円周方向長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に転動自在に配設される複数の転動体と、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面の一方に固着されると共に、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面の他方に摺接して軸受内部を密封する密封装置と、を備える転がり軸受であって、
前記密封装置が、請求項１又は２に記載の密封装置であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封装置付き転がり軸受に関し、より詳細には、圧延機等に用いられるロールのロールネック部を回転自在に支持するのに好適な密封装置付き転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な機械設備には、回転数や負荷が変動しない定常運転機械と、回転数や負荷が段階的、或いは連続的に変化する変動運転機械とがある。定常運転機械は、回転数や負荷が変動しないので、軸受内温度も略一定温度に維持される。一方、変動運転機械の軸受内温度は、動摩擦トルクや軸受隙間の変化などにより、運転条件によって変動する。例えば、スラブを圧延するときの荷重が変動する圧延機や、高温のスラブを鋳造する連続鋳造機などのロールネック軸受は、スラブ圧延時には高温となり、スラブ通過後は冷却水によって冷やされるので、軸受内温度が変化する。このため、軸受内の体積が温度に比例して膨張、収縮して、軸受空間の内外で圧力差が生じる。軸受空間の圧力が上昇した場合には、シール部材のシールリップの接触部から潤滑剤が外部へ漏れ出す可能性があり、軸受空間の圧力が低下した場合には、外部から水や鉄粉等の異物が軸受空間へ侵入し、軸受寿命に多大な影響を与える問題がある。
【０００３】
このような問題に対処するため、従来では、圧力調整手段を軸受外部のハウジングなどに配設して軸受内の圧力変動を制御するようにした熱間処理設備用ロール軸受装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、シール部材の弾性体部分に弁機構を設け、軸受内外の圧力差を調整するようにした転がり軸受用密封装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３１４２２号公報
【特許文献２】特開２００４−５２９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の熱間処理設備用ロール軸受装置では、圧力調整手段や、圧力調整手段を取り付けるためのハウジング及び関連部品の改造が必要であり、多大な費用が必要であった。また、圧力調整手段が軸受の外部に配置されるので、軸受装置が大型となる問題があった。また、上記特許文献２に記載の転がり軸受用密封装置では、軸受内外の圧力差を調整することはできるものの、シール部材の構成が複雑で、製造コストが高くなる問題があり、改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受に簡単な機構を付加するだけで軸受内の圧力変動を制御し、軸受の密封性を高めて内部からの潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止することができる密封装置付き転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  芯金及び弾性シール体を有し、転がり軸受の外輪の内周面又は内輪の外周面の一方に固着されると共に、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面の他方に摺接して軸受内部を密封する密封装置であって、
前記芯金は、径方向に延びる第一芯金と、径方向に延びる第二芯金と、を備え、
前記第一芯金は、断面略Ｌ字形のリング状に形成され、側面に設けられて円周方向に沿って延びる複数の穴と、隣接配置される前記穴の間に形成されて前記芯金の外周側と内周側とを繋ぐ柱部と、を備え、
前記弾性シール体は、前記第一芯金と前記第二芯金とを接続する接続部と、前記第二芯金に固定され、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に摺接するリップ部と、前記穴を塞ぐように形成され前記軸受内部の圧力に応じて弾性変形して前記軸受内部を一定圧力に維持する薄肉の弾性変形部と、を備え、
前記リップ部は、コイルばねによって縮径方向に付勢されることを特徴とする密封装置。
（２）  前記柱部の円周方向長さは、前記穴の円周方向長さよりも長いことを特徴とする（１）に記載の密封装置。
（３）  内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に転動自在に配設される複数の転動体と、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面の一方に固着されると共に、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面の他方に摺接して軸受内部を密封する密封装置と、を備える転がり軸受であって、
前記密封装置が、（１）又は（２）に記載の密封装置であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の密封装置付き転がり軸受によれば、密封装置の弾性シール体が、転動輪に摺接するリップ部と、軸受内部の圧力変化に応じて弾性変形する薄肉の弾性変形部と、を備えるので、軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。これにより、軸受の密封性を高めて、軸受内の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止して、軸受寿命を長期化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第１実施形態の要部断面図である。
【図２】図１に示す密封装置の要部側面図である。
【図３】本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第２実施形態の要部断面図である。
【図４】本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第３実施形態の要部断面図である。
【図５】本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第４実施形態の要部断面図である。
【図６】本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第５実施形態の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る密封装置付き転がり軸受の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明においては、自動調心ころ軸受を例にとって説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第１実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ａは、図１及び図２に示すように、自動調心ころ軸受であり、内周面に球面状の外輪軌道溝１１ａが形成された外輪１１と、外周面に球面状の内輪軌道溝１２ａが２列に形成された内輪１２と、保持器１３によって回動自在に保持され、外輪軌道溝１１ａと内輪軌道溝１２ａとの間に２列に整列して転動自在に配設された複数の転動体である樽形のころ１４と、外輪１１及び内輪１２間の軸方向両端部にそれぞれ配設されて軸受内部を密封する密封装置１５と、を備える。
【００１４】
密封装置１５は、金属板が断面略Ｌ字型のリング状に形成された芯金２１と、ゴムなどの弾性材料により形成された弾性シール体２２と、を有し、弾性シール体２２は、芯金２１の表面側に添着されている。弾性シール体２２は、芯金２１から更に内径方向に延設され、内径側にシールリップ２２ａが設けられている。
【００１５】
密封装置１５は、芯金２１が外輪１１の両端部に設けられた内周面１１ｂに圧入されて固定されると共に、コイルばね２３によって縮径方向に付勢されているシールリップ２２ａが、内輪１２の外周面１２ｂに弾性的に摺接して外輪１１と内輪１２との間をシールしている。
【００１６】
また、図２に示すように、断面略Ｌ字型の芯金２１の側面には、長手方向が芯金２１の円周方向に沿って延びる複数の長穴２４と、隣接する長穴２４の間に形成されて芯金２１の外周側と内周側とを繋ぐ柱部２５と、が形成されている。長穴２４は、加工が容易なことから、図２に示すように、その両端を半円状に形成する方が好ましいが、両端を直線状に形成してもよい。柱部２５は、密封装置付き転がり軸受１０Ａ（密封装置１５）に径方向荷重が作用したとき、密封装置１５の変形を防止するように作用する。このため、柱部２５の円周方向長さは、長穴２４の円周方向長さより長く設定される方がより好ましい。
【００１７】
また、長穴２４は、芯金２１に添着する弾性シール体２２によって塞がれており、長穴２４に対応する部分の弾性シール体２２が弾性変形部２６を構成している。この弾性変形部２６は、０．０１ｍｍ程度の膜状の厚さから弾性シール体２２の板厚と同等の厚さで形成され、軸受内部の圧力に応じて容易に弾性変形可能である。
【００１８】
このように構成された密封装置付き転がり軸受１０Ａでは、軸受１０Ａの温度が上昇して軸受内部の圧力が高まると、これに伴って弾性変形部２６が外方に膨張してこの圧力上昇を吸収する。また、軸受１０Ａの温度が低下して軸受内部の圧力が低くなると、弾性変形部２６が内方に凹んでこの圧力低下を吸収する。即ち、軸受内部の圧力に応じて弾性変形部２６が膨張し、或いは内方に凹んで圧力変動を吸収し、軸受内部の圧力を略一定圧力に維持する。これにより、軸受１０Ａの密封性が高められて、潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入が防止される。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ａによれば、密封装置１５の弾性シール体２２が、内輪１２の外周面１２ｂに摺接するリップ部２２ａと、軸受内部の圧力に応じて弾性変形する薄肉の弾性変形部２６と、を備えるので、弾性変形部２６の膨張、収縮によって軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。これにより、軸受１０Ａの密封性を高めて、軸受内部の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止して、軸受寿命を長期化することができる。
【００２０】
また、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ａによれば、芯金２１が、その外周側と内周側とを繋ぐ柱部２５を備えるので、密封装置１５に径方向荷重が作用しても、変形が最小限の変形で抑えられ、弾性変形部２６が安定して作用して軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。
【００２１】
また、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ａによれば、圧力調整機構である弾性変形部２６は、軸受寸法や軸受取付け構造に影響を与えない部位に配置することができるので、関連部品やハウジングなどを改造することなく、顧客の現有機械装置に簡単に設置することができる。
【００２２】
上記のように構成された密封装置付き転がり軸受１０Ａは、例えば、製鉄所の連続鋳造設備などに好適に使用可能である。連続鋳造機では、約数百本のロールが使用され、各ロールには軸受が少なくとも２個ずつ配置されているので、連続鋳造設備全体では、軸受の総使用個数は数千に及ぶことがある。
【００２３】
このような連続鋳造設備の軸受は、ロール上をスラブが通過する際は高温状態にさらされるため、軸受内体積が膨張する。一方、スラブが通過していない場合は、多量のロール冷却水によりロールが冷却されるので、軸受温度が低下して軸受内体積が収縮する。連続鋳造設備の軸受周りは、スラブから脱落するスケールや、多量のロール冷却水、またその冷却水が高温のスラブにより蒸発した水蒸気など、非常に多量の異物が存在する環境である。このため、軸受温度の変動により軸受内の体積が膨張・収縮すると、これに伴って軸受内のグリース漏洩や、外部からの異物の吸込みが生じる可能性がある。
【００２４】
しかしながら、本発明の密封装置付き転がり軸受１０Ａでは、弾性シール体２２の弾性変形部２６が、密封装置付き転がり軸受１０Ａの内部圧力に応じて容易に弾性変形して、この圧力変動を吸収するので、軸受内部の圧力が略一定圧力に維持される。これにより、軸受１０Ａ内の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入が防止され、軸受寿命の長期化が図られる。
【００２５】
また、ロール上をスラブが通過すると、ロールや、このロールを支持する転がり軸受１０Ａにも大きな径方向荷重が作用するので、密封装置１５や芯金２１が変形して、弾性変形部２６の機能が阻害される可能性がある。しかし、本実施形態の芯金２１は、その外周側と内周側とを繋ぐ柱部２５を備えているので、その変形が防止され、弾性変形部２６が安定して軸受内部の圧力を略一定に維持する。
【００２６】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００２７】
本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｂでは、図３に示すように、外輪１１及び内輪１２間の軸方向両端部に、上記第１実施形態の弾性変形部を備えていない密封装置３０がそれぞれ配設されており、内輪１２の内輪軌道溝１２ａ，１２ａ間の軸方向中央に、径方向に貫通するように圧力調整孔３１が形成されている。この圧力調整孔３１は、内輪１２の周方向に複数形成され、内輪１２の内周面１２ｃと内輪軌道溝１２ａ側とを連通している。また、内輪１２の内周面１２ｃには、圧力調整孔３１の内周側端部と連通する内周円環状溝３２が形成されている。
【００２８】
このように構成された密封装置付き転がり軸受１０Ｂでは、軸受１０Ｂの温度が上昇して軸受内部の圧力が高まると、軸受内部の空気が圧力調整孔３１を介して軸受外部に排出され、軸受１０Ｂの温度が低下して軸受内部の圧力が低くなると、軸受外部の空気が圧力調整孔３１を介して軸受内部に供給される。即ち、軸受内部の圧力に応じて圧力調整孔３１を介して空気を出し入れして、軸受内部の圧力を略一定圧力に維持する。これにより、軸受１０Ｂの密封性が高められて、潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入が防止される。また、内輪１２の内周面１２ｃには不図示の軸が嵌合され、且つ圧力調整孔３１が内輪１２の軸方向略中央に配置されているので、軸受内部が負圧になったとしても、軸受内部に異物が侵入することはない。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｂによれば、内輪１２の軸方向中央に、軸受１０Ｂの内部と外部とを連通する圧力調整孔３１を径方向に貫通して形成するため、圧力調整孔３１を介して軸受内部の空気を出し入れすることによって軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。これにより、軸受１０Ｂの密封性を高めて、軸受内部の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止して、軸受寿命を長期化することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、図４を参照して、本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第３実施形態について説明する。なお、第１及び第２実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００３１】
本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｃでは、図４に示すように、上記第２実施形態の内輪１２の内周円環状溝３２に環状シール部材３５が装着されており、この環状シール部材３５は、ゴムなどの弾性材料、金属材料、或いは弾性材料と金属材料とが組み合わされて円環状に形成されたシール部材であり、軸受１０Ｃの内部圧力に応じて弾性変形可能に構成される。
【００３２】
このように構成された密封装置付き転がり軸受１０Ｃでは、軸受１０Ｃの温度が上昇して軸受内部の圧力が高まると、環状シール部材３５が内周円環状溝３２内で縮径する方向に変形して圧力上昇を吸収し、軸受１０Ｃの温度が低下して軸受内部の圧力が低くなると、環状シール部材３５が内周円環状溝３２内で拡径する方向に変形して圧力低下を吸収する。即ち、軸受内部の圧力に応じて環状シール部材３５が縮径又は拡径して圧力変動を吸収し、軸受内部の圧力を略一定圧力に維持する。これにより、軸受１０Ｃの密封性が高められて、潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入が防止される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｃによれば、内輪１２の内周円環状溝３２に、軸受内部の圧力に応じて弾性変形可能な環状シール部材３５が装着されるため、環状シール部材３５の縮径又は拡径によって軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。これにより、軸受１０Ｃの密封性を高めて、軸受内部の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止して、軸受寿命を長期化することができる。また、環状シール部材３５を備えるため、上記第２実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｂより密封性を高めることができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１及び第２実施形態と同様である。
【００３４】
（第４実施形態）
次に、図５を参照して、本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第４実施形態について説明する。なお、第１及び第２実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００３５】
本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｄでは、図５に示すように、外輪１１の外輪軌道溝１１ａの軸方向中央（実際にはころ１４が転動しない領域）に、径方向に貫通するように圧力調整孔４１が形成されている。この圧力調整孔４１は、外輪１１の周方向に複数形成され、外輪１１の外周面１１ｃと外輪軌道溝１１ａ側とを連通している。また、外輪１１の外周面１１ｃには、圧力調整孔４１と連通する外周円環状溝４２が形成されている。
【００３６】
このように構成された密封装置付き転がり軸受１０Ｄでは、軸受１０Ｄの温度が上昇して軸受内部の圧力が高まると、軸受内部の空気が圧力調整孔４１を介して軸受外部に排出され、軸受１０Ｄの温度が低下して軸受内部の圧力が低くなると、軸受外部の空気が圧力調整孔４１を介して軸受内部に供給される。即ち、軸受内部の圧力に応じて圧力調整孔４１を介して空気を出し入れして、軸受内部の圧力を略一定圧力に維持する。これにより、軸受１０Ｄの密封性が高められて、潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入が防止される。また、外輪１１は不図示のハウジングに嵌合され、且つ圧力調整孔４１が外輪１１の軸方向略中央に配置されているので、軸受内部が負圧になったとしても、軸受内部に異物が侵入することはない。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｄによれば、外輪１１の軸方向中央に、軸受１０Ｄの内部と外部とを連通する圧力調整孔４１を径方向に貫通して形成するため、圧力調整孔４１を介して軸受内部の空気を出し入れすることによって軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。これにより、軸受１０Ｄの密封性を高めて、軸受内部の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止して、軸受寿命を長期化することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１及び第２実施形態と同様である。
【００３８】
（第５実施形態）
次に、図６を参照して、本発明に係る密封装置付き転がり軸受の第５実施形態について説明する。なお、第１及び第４実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００３９】
本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｅでは、図６に示すように、上記第４実施形態の外輪１１の外周円環状溝４２に環状シール部材４５が装着されており、この環状シール部材４５は、ゴムなどの弾性材料、金属材料、或いは弾性材料と金属材料とが組み合わされて円環状に形成されたシール部材であり、軸受１０Ｅの内部圧力に応じて弾性変形可能に構成される。
【００４０】
このように構成された密封装置付き転がり軸受１０Ｅでは、軸受１０Ｅの温度が上昇して軸受内部の圧力が高まると、環状シール部材４５が外周円環状溝４２内で拡径する方向に変形して圧力上昇を吸収し、軸受１０Ｅの温度が低下して軸受内部の圧力が低くなると、環状シール部材４５が外周円環状溝４２内で縮径する方向に変形して圧力低下を吸収する。即ち、軸受内部の圧力に応じて環状シール部材４５が拡径又は縮径して圧力変動を吸収し、軸受内部の圧力を略一定圧力に維持する。これにより、軸受１０Ｅの密封性が高められて、潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入が防止される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｅによれば、外輪１１の外周円環状溝４２に、軸受内部の圧力に応じて弾性変形可能な環状シール部材４５が装着されるため、環状シール部材４５の拡径又は縮径によって軸受内部の圧力を略一定に維持することができる。これにより、軸受１０Ｅの密封性を高めて、軸受内部の圧力変動に伴う潤滑剤の漏洩や、外部からの異物侵入を防止して、軸受寿命を長期化することができる。また、環状シール部材４５を備えるため、上記第４実施形態の密封装置付き転がり軸受１０Ｄより密封性を高めることができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１及び第４実施形態と同様である。
【００４２】
なお、本発明は上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態では、密封装置付き転がり軸受として自動調心ころ軸受を例に説明したが、これに限定されず、自動調心玉軸受、多列円すいころ軸受、多列円筒ころ軸受、複列玉軸受などにも本発明を適用してもよい。また、単列の転がり軸受にも適用可能であり、この場合、圧力調整孔は、軌道面に干渉しない位置、例えば、内輪及び外輪の肩部などに形成するのが好ましい。
また、圧延（連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延、多段圧延など）によっては、軸受使用状況（温度、荷重など）が変わるので、圧延機の種類によって、第１〜第５実施形態を組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０Ａ  密封装置付き転がり軸受
１０Ｂ  密封装置付き転がり軸受
１０Ｃ  密封装置付き転がり軸受
１０Ｄ  密封装置付き転がり軸受
１０Ｅ  密封装置付き転がり軸受
１１    外輪
１１ａ  外輪軌道溝
１１ｂ  内周面
１１ｃ  外周面
１２    内輪
１２ａ  内輪軌道溝
１２ｂ  外周面
１２ｃ  内周面
１４    ころ（転動体）
１５    密封装置
２１    芯金
２２    弾性シール体
２２ａ  シールリップ（リップ部）
２４    長穴
２５    柱部
２６    弾性変形部
３０    密封装置
３１    圧力調整孔
３２    内周円環状溝
３５    環状シール部材
４１    圧力調整孔
４２    外周円環状溝
４５    環状シール部材
【図１】
0005556324.tif 000002
【図２】
0005556324.tif 000003
【図３】
0005556324.tif 000004
【図４】
0005556324.tif 000005
【図５】
0005556324.tif 000006
【図６】
0005556324.tif 000007